Ръководство за проектиране на ламинирана шина: Минимизиране на разсейващата индуктивност в инвертори с висока-мощност

Ламинираните шини намаляват индуктивността на превключващата верига на инвертора чрез интегриране на положителни и отрицателни проводници в компактна слоеста структура с контролирано диелектрично разстояние. За SiC и IGBT захранващи модули, правилно проектирана ламинирана шина може да постигне разсеяна индуктивност под 10nH, намалявайки превишаването на напрежението по време на високо-честотно превключване.

 

Xiamen Apollo Technology произвежда ламинирани шини по поръчка, използвайки чиста мед C1100, прецизно щамповане, заваряване чрез молекулярна дифузия и много-слойни процеси на горещо пресоване. Електрическата ефективност се проверява чрез инспекция на CMM, изпитване за издръжливост на диелектрик и документация за ниво 3 на PPAP за приложения за автомобили и съхранение на енергия.

 

 

 

Съвременните тягови инвертори на EV и системи за преобразуване на енергия ESS все повече приемат SiC MOSFET и високо{0}}скоростни IGBT модули. Тези устройства превключват при по-високи честоти с по-кратки времена на нарастване, което прави паразитната индуктивност в структурата на DC връзката пряк фактор, влияещ върху пиковете на напрежението и надеждността на полупроводниците.

 

Връзката между бездомната индуктивност и превишаването на напрежението при превключване е следната:

ΔV=L × di/dt

където:

ΔV=превишаване на напрежението

L=паразитна индуктивност на токовия контур

di/dt=текуща скорост на превключване

За 800V EV инвертор, работещ с SiC модули:

 

Параметър	Конвенционална шина	Дизайн на ламинирана шина
Индуктивност на DC връзка	50-150nH	<10nH
Разстояние между проводниците	5-15 мм	0,1-1 мм диелектричен слой
Текущ път	Разделете положителни/отрицателни ленти	Паралелна ламинирана структура
Анулиране на магнитно поле	Ограничен	Оптимизиран
Превишаване на напрежението при превключване	По-високо	Намалена

 

Ламинираната структура поставя положителни и отрицателни проводници в близост. Противоположните посоки на тока генерират противоположни магнитни полета, намалявайки външния магнитен поток и намалявайки индуктивността на веригата.

 

1.1 Принцип на анулиране на магнитното поле с оптимизация на медния слой

Дизайнът на ламинирана шина зависи от:

Избор на дебелина на медта

Подреждане на слоеве

Дебелина на диелектрика

Терминална позиция

Симетрия на разпределението на тока

 

Типични параметри на EV инверторна ламинирана шина:

Меден материал: C1100 електролитна твърда катран мед

Проводимост: По-голяма или равна на 99% IACS

Дебелина на медта: 0.5mm-5mm

Толеранс на плоскост: По-малко или равно на 0,05 mm

Толеранс на позицията на клемата: ±0,1 мм

Повърхностна обработка: никелиране/калайдисване

Неравномерната геометрия на проводника създава локализирана концентрация на ток, увеличавайки съпротивлението и електромагнитните смущения.

 

 

 

Материалът на проводника директно определя способността-за носене на ток, топлинните характеристики и-дългосрочната надеждност.

 

За EV инверторни и ESS приложения се предпочита чистата мед поради нейната по-висока електрическа проводимост и по-ниско джаулово нагряване.

 

Материална собственост	C1100 чиста мед	C2680 Месинг
Съдържание на мед	По-голямо или равно на 99,90%	60-65%
Проводимост	По-голямо или равно на 99% IACS	26-30% IACS
Съпротивление	0,0172 Ω·mm²/m	По-високо
Топлопроводимост	~390 W/m·K	~120 W/m·K
Типично приложение	Силова шина, инверторна DC връзка	Механични клеми, конектори
Токопреносна способност	високо	Среден

 

Мед C1100 е избрана за:

EV батерийни шини

SiC инверторни DC връзки

PCS връзки за съхранение на енергия

Зареждане на купчини захранващи модули

Месингът C2680 се използва главно там, където механичната якост и ефективността на формоване са приоритетни.

 

2.1 Контрол на прецизното щамповане и формоване съгласно изискванията на IATF 16949

Високо{0}}ламинираните шини често изискват сложна геометрия на терминала, включително:

Огъване на 90 градуса
Отвори за клеми
Слотове за позициониране
Прилягащи -структури
В-точки за занитване

 

Производствени параметри:

Толеранс на прогресивно щамповане: ±0,01 мм
Контрол на височината на борда: По-малко или равно на 10% дебелина на материала
Мониторинг на живота на инструмента: По-голям или равен на 500 000 цикъла на щамповане
Проверка на размерите на CMM: 100% за критични размери

In-занитването на матрицата интегрира механичното закрепване в процеса на щамповане, намалявайки вариациите на сглобяването и подобрявайки последователността на производството.

 

Поискайте безплатна DFM оценка и оферта

 

 

Диелектричният слой определя надеждността на изолацията, термичната издръжливост и механичната стабилност на ламинираните шини.

 

Високо{0}}мощната инверторна шина трябва да поддържа изолационни характеристики при:

Термичен цикъл

Превключване на високо напрежение

Механична вибрация

Излагане на влажност

Общи изолационни материали:

 

Изолационен материал	Температурен рейтинг	Диелектрична якост	Типично приложение
Каптон полиимидно фолио	269 ​​градуса до 400 градуса	>200kV/mm	SiC инверторни високотемпературни зони
PET фолио	-40 градуса до 150 градуса	150-250kV/mm	Стандартни EV захранващи модули
Номекс хартия	До 220 градуса	Висока термична устойчивост	ESS и промишлени енергийни системи

 

3.1 Епоксидно прахово покритие срещу филмова изолация за ламинирани шини

 

Параметър	Епоксидно прахово покритие	Полиимидно/PET фолио
Дебелина на покритието	100-500μm	25-125μm
Диелектрична якост	>15kV/mm	>150kV/mm
Температурна устойчивост	120-180 градуса	150-400 градуса
Контрол на дебелината	Среден	високо
Приложение	Сложни 3D части	Прецизни ламинирани конструкции

 

За EV инверторни ламинирани шини, тънкослойната изолация осигурява по-малко диелектрично разстояние, подобрявайки електромагнитните характеристики.

 

Необходим контрол на качеството:

Измерване на дебелината на изолацията

Тест за устойчивост на високо напрежение

Тест за частичен разряд

Изпитване на адхезия

Тест за термично стареене

 

Типични стандарти за валидиране:

IEC 60664 координация на изолацията

Клас на пламък UL 94 V-0

ISO 16750 автомобилни екологични тестове

 

 

 

Много{0}}слойните ламинирани шини изискват контролирано термично свързване между медни проводници и изолационни материали.

 

Производствената последователност включва:

Рязане и щамповане на медна ламарина

Отстраняване на ръбове и повърхностно почистване

Обработка на покритие

Позициониране на изолационен филм

Вакуум горещо пресоване

Терминална обработка

Електрически преглед

 

4.1 Параметри на процеса на горещо пресоване за автомобилно производство

Типични производствени параметри:

 

Параметър на процеса	Контролен диапазон
Температура на пресата	150-220 градуса
Натиск на пресата	2-8MPa
Толеранс на подравняване на слоя	±0,1 мм
Плоскост	По-малко или равно на 0,05 mm
Сила на залепване	Според спецификацията на материала
Валидиране на производството	PPAP ниво 3

 

Лошият контрол на ламинирането може да причини:

Образуване на въздушни кухини

Точки на частичен разряд

Разрушаване на изолацията

Разместване на слоя

Вакуумното горещо пресоване премахва уловения въздух между медните и диелектричните слоеве, подобрявайки дългосрочната-електрическа надеждност.

 

 

Клемите с-висок ток изискват съединения с-ниско съпротивление, способни да издържат на повтарящи се термични цикли.

Обичайните методи за свързване включват лазерно заваряване и устойчиво сребърно спояване.

 

Метод на заваряване	Лазерно заваряване Cu-Al	Устойчивост на сребърно спояване
Зона-засегната от топлина	малък	По-голям
Ставна здравина	високо	високо
Електрическо съпротивление	ниско	Много ниско
Скорост на производство	високо	Среден
Подходящи материали	Комбинации мед, алуминий	Медни клеми
Автомобилно приложение	Акумулаторни модули, инверторни клеми	Високо{0}}контактни възли

 

За медни-алуминиеви връзки:

Параметрите на лазерното заваряване трябва да контролират порьозността

Плътността на енергията на лъча изисква оптимизация

Необходима е проверка на напречното{0}}сечение

 

За сребърно спояване:

Изборът на сплав за спояване влияе върху проводимостта

Разчистването на фугите трябва да се контролира

Качеството на металургичното свързване изисква проверка под микроскоп

 

Проверката на качеството включва:

Анализ на напречното-сечение на заваръчния шев

Изпитване на якост на опън

Измерване на електрическо съпротивление

Термично циклично валидиране

 

 

 

Автомобилните ламинирани шини изискват контролирани производствени процеси от валидиране на прототип до масово производство.

Xiamen Apollo се прилага:

 

6.1 Проверка на размерите според изискванията за толеранс ±0,01 mm

 

Оборудване за проверка:

CMM координатно измервателна машина

Оптична измервателна система

Дебеломер

Тестер за грапавост на повърхността

 

Критични размери:

Позиция на клемния отвор

Подравняване на меден слой

Разстояние от изолацията

Интерфейс за монтаж

 

6.2 Тестване на електричество и надеждност

 

Възможността за тестване включва:

 

Тестови елемент	Стандарт / Изискване
Тест за устойчивост на диелектрик	>15kV/mm изолационна способност
Тест за съпротивление на постоянен ток	Измерване на нивото на микро{0}}ома
Термичен цикъл	ISO 16750
Солен спрей	ISO 9227
Тест за налягане на спукване	За интегрирани охладителни структури
PPAP документация	Ниво 3

 

Пакетът за качество включва:

Диаграма на процеса

PFMEA

Контролен план

MSA

SPC данни

Сертификати за материали

 

 

Високо{0}}мощните инверторни ламинирани шини изискват едновременно управление на електрически, термични, механични и производствени параметри. Структура с ниска индуктивност под 10nH зависи от симетрията на проводника, контрола на дебелината на диелектрика, избора на меден материал и процесите на прецизно ламиниране.

 

За EV, ESS и фотоволтаични системи за преобразуване на енергия Xiamen Apollo осигуряваперсонализирана ламинирана шинапроизводство от DFM анализ, разработване на инструментална екипировка, щамповане, заваряване, ламиниране на изолация, инспекция и доставка на PPAP ниво 3.

 

 

1. Какво е типичното време за доставка на PPAP ниво 3 за персонализирани ламинирани шини?

Доставката на PPAP ниво 3 обикновено изисква 4-8 седмици след одобрение на инструмента, включително валидиране на размерите, проверка на материала и производствена документация.

 

2. Могат ли производителите на ламинирани шини да гарантират живот на матрицата за автомобилното производство?

да Щампите за прогресивно щамповане се наблюдават с планове за превантивна поддръжка и обикновено са проектирани за над 500 000 цикъла на щамповане.

 

3. Как се тества дебелината на изолацията на ламинирани шини?

Дебелината на изолацията се проверява чрез измерване на дебелината, изпитване за издръжливост на диелектрик и валидиране на електрическата изолация съгласно стандартите на IEC.